Google Earth衛(wèi)星影像圖在道路設(shè)計中相比AutoCAD的優(yōu)勢

[摘要]2005年6月Google公司推出了一款數(shù)字地球軟件 Google Earth(谷歌地球)，由于Google Earth衛(wèi)星影像圖具備直觀、免費、時效性強等特點，已逐漸在道路設(shè)計中普及?，F(xiàn)今的道路設(shè)計中，大多都基于AutoCAD系統(tǒng)，如何將衛(wèi)星影像圖應(yīng)用到道路CAD設(shè)計系統(tǒng)中，使道路設(shè)計與衛(wèi)星影像圖有機結(jié)合起來，已成為大多數(shù)設(shè)計者努力的方向?；诖?，研究Google Earth衛(wèi)星影像圖下載原理，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，并利用kml腳本語言，實現(xiàn)設(shè)計成果在Google Earth與CAD道路設(shè)計系統(tǒng)的相互轉(zhuǎn)換。最后利用Google Earth衛(wèi)星影像三維仿真，實現(xiàn)路線動態(tài)三維實景模擬，以達到優(yōu)化設(shè)計方案的目的。

1、Google Earth軟件介紹

2005年6月Google公司推出了一款數(shù)字地球軟件 Google Earth(谷歌地球)，作為一款三維的“世界地球瀏覽器”，谷歌地球在國內(nèi)外均引起了巨大的反響。在它的三維可視化功能給人們帶來了視覺的上沖擊的同時，不斷推出的新功能也給人們帶來了很多便利。Google Earth軟件本身可以說是一個巨大的數(shù)據(jù)庫，我們可以利用它瀏覽地球上過去的和現(xiàn)在的任意地方的地形地貌、建筑物、周邊環(huán)境、交通等資料，圖層可以分層顯示，圖片可以放大縮小。 GoogieEarth應(yīng)用成熟的流媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以其驚人的速度將大量的全球地理信息資料發(fā)布共享在廣大的用戶面前。Google Earth讓人們足不出戶，只需要坐在電腦面前就可以清晰的瀏覽世界的大部分角落。

2、AutoCAD軟件介紹

AutoCAD軟件是美國Autodesk公司經(jīng)過多年發(fā)展起來的旗艦產(chǎn)品，是目前世界上應(yīng)用最廣泛的CAD計算機輔助設(shè)計軟件之一。世界上絕大多數(shù)設(shè)計單位都在應(yīng)用該軟件進行設(shè)計，它的出現(xiàn)在工程設(shè)計領(lǐng)域具有里程碑式的意義，它的圖形文件格式也成了工程界圖形對象保存與交換的標(biāo)準(zhǔn)。同時基于AutoCAD功能強大的圖形處理技術(shù)和開放的二次開發(fā)平臺，使許多軟件開發(fā)企業(yè)和軟件愛好者在其基礎(chǔ)上進行了大量的二次開發(fā)工作，并取得了很多的成果。CAD計算機輔助設(shè)計是近30年來發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，隨著計算機軟件和硬件的不斷發(fā)展，CAD技術(shù)趨向成熟，已經(jīng)成為工程設(shè)計及科學(xué)研究中不可或缺的重要組成部分。CAD技術(shù)充分利用計算機的高速運算、數(shù)據(jù)處理和繪圖模擬能力，大大縮短了工程的設(shè)計周期，同時減少設(shè)計人員的繁雜體力勞動，而且提高了工程質(zhì)量還降低成本。在土木工程設(shè)計領(lǐng)域的CAD技術(shù)有兩種類型，一種被廣泛用于橋梁房屋等結(jié)構(gòu)工程，另一種則適用于公路、鐵路、航道等工程項目的設(shè)計。前者主要偏重于力學(xué)的計算，后者則偏向線狀或者面狀的建筑物。

3、Google Earth軟件的優(yōu)勢

Google Earth為用戶提供了三維可視化的地形圖，引起了很多愛好者的關(guān)注。它在工程中的應(yīng)用也越來越多，我們開始感受到 Google Earth軟件給工程設(shè)計帶來的巨大影響，與建立在傳統(tǒng)光柵以及矢量地形圖基礎(chǔ)之上的傳統(tǒng)AutoCAD設(shè)計平臺相比，Google Earth軟件有著以下的優(yōu)勢:

(l)提供免費的衛(wèi)星或者航拍地圖，與傳統(tǒng)光柵和矢量地形圖相比，逼真程度更高，更加直觀；(2)Google Earth不但可以顯示遙感圖片，而且可以顯示矢量數(shù)據(jù)地標(biāo)，還包括點、線以及面等幾何對象類型；(3)具有柵格圖片疊加的功能，允許用戶將本機或者網(wǎng)絡(luò)地圖圖片疊加到Google Earth上，并且還可以根據(jù)用戶的需要調(diào)整疊加圖片的透明度，這一功能大大地方便了用戶進行深入的觀察分析和研究；(4)擁有大量的三維虛擬模型，也可以通過其他軟件創(chuàng)建，允許用戶使用三維對象；(5)突破了傳統(tǒng)Web Gis數(shù)據(jù)的發(fā)布模式，能夠為空間信息的快速地發(fā)布提供一種嶄新的技術(shù)手段和解決思路。通過這種方法，服務(wù)器和客戶端之間不再需要直接傳輸空間數(shù)據(jù)，而只需傳輸KML文檔和影像圖片；(6)影像數(shù)據(jù)會預(yù)先按照不同比例尺分塊分層生成影像圖片，當(dāng)客戶端發(fā)出數(shù)據(jù)請求時，服務(wù)器無需實時生成數(shù)據(jù)，而是依據(jù)用戶請求的尺度和范圍，在服務(wù)端選擇預(yù)先生成好的影像圖片，最后拼接成滿足客戶端需要的范圍，返回給用戶。這種模式可以顯著地降低服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)帶寬的負擔(dān)，為發(fā)生較少變化的空間數(shù)據(jù)的發(fā)布提出了一種新的思路及解決方法。同時，這種技術(shù)方法也使得人們與空間信息的交互的方式發(fā)生了深刻的變革。

4、Google Earth衛(wèi)星影像的運用

在道路設(shè)計，特別是路線方案研究階段，利用Google Earth衛(wèi)星影像圖廉價實時直觀等特點，以優(yōu)化道路設(shè)計方案。然而，如何實現(xiàn)Google Earth衛(wèi)星影像圖到CAD圖形的轉(zhuǎn)換，成為Google Earth衛(wèi)星影像運用于道路設(shè)計的關(guān)鍵，即球體到平面轉(zhuǎn)換。

球體到平面的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理與轉(zhuǎn)換實例及主要程序流程：

一般對于不同體系中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，需要有N個控制點作為基準(zhǔn)(N≥2)，Google Earth球面體系中點坐標(biāo)是以經(jīng)緯度控制，測繪平面圖體系點坐標(biāo)是以XY大地坐標(biāo)控制。當(dāng)無地形圖或地形圖坐標(biāo)未知的情況，可以直接根據(jù)項目研究區(qū)域，并在平面區(qū)域中框選2個以上的控制點，確定經(jīng)緯度，下載圖片，自定義測繪平面圖坐標(biāo)體系以確定轉(zhuǎn)換參數(shù)，如a、b、度帶、帶號等，并通過高斯-克呂格投影公式，計算對應(yīng)測繪平面圖中XY坐標(biāo)，實現(xiàn)影像圖插入；當(dāng)已知測繪平面圖坐標(biāo)體系，就可根據(jù)坐標(biāo)體系確定轉(zhuǎn)換參數(shù)，框選確定控制點得其大地XY坐標(biāo)，通過計算得其坐標(biāo)經(jīng)緯度，并根據(jù)墨卡托投影經(jīng)緯度轉(zhuǎn)化公式轉(zhuǎn)化為Google Earth球體經(jīng)緯度，下載圖片，并根據(jù)原XY坐標(biāo)將衛(wèi)星影像圖插入到測繪平面圖中。

為了實現(xiàn)方便，在Google Earth球體中用矩形框框選研究區(qū)域，并選用矩形左上角及右下角兩個控制點(如需精確，控制點可以大于兩個)，得其經(jīng)緯度(Di[b，l]；i=1、2)，下載整合完圖片后，明確平面圖的坐標(biāo)系及參數(shù)，并利用高斯-克呂格投影正解公式(5)，計算其在對應(yīng)坐標(biāo)系中的大地XY坐標(biāo)，最終根據(jù)控制點坐標(biāo)完成在CAD平面中的保存。

已知測繪坐標(biāo)體系用矩形框框選所研究區(qū)域平面，同理采用矩形左上角及右下角2個控制點進行計算，控制點的大地XY坐標(biāo)為(Di[X，Y]；i=1、2)。通過已知的測繪坐標(biāo)體系，明確高斯-克呂格投影反解公式中的參數(shù)。然后利用反解公式(6)計算控制點的經(jīng)緯度(Di[B，L]；i=1、2)，再按照公式(3)求出墨卡托投影中的經(jīng)緯度(Di[b，l]；i=1、2)，即控制點對應(yīng)Google Earth球體坐標(biāo)中的經(jīng)緯度。并根據(jù)計算的經(jīng)緯度和Google Earth傳輸下載原理得到計算路徑，下載圖片，最后整合衛(wèi)星影像圖片，并按平面大地XY坐標(biāo)，將衛(wèi)星影像圖縮放旋轉(zhuǎn)插入保存到CAD圖形中。

5、結(jié)語

目前，基于Google Earth的影像圖在路線設(shè)計研究中的應(yīng)用已較為廣泛，其直觀、免費、3D服務(wù)等特點，都為路線方案的優(yōu)化和演示提供了便利的條件。實例通過坐標(biāo)變換，利用kml腳本語言及Arx二次開發(fā)語言，使Google Earth影像圖更方便、快捷地運用到路線設(shè)計中，并實現(xiàn)了三維演示，對比AutoCAD有著巨大的優(yōu)勢。

參考文獻

[1]《公路勘測規(guī)范》(JTGC10一2007)

[2]張瑞 .Google Earth在道路及規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用[D].華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文

[3]易共才，王彥軍，高宏 .Google Earth在公路工程中的應(yīng)用研究[J].中外公路.2008(1):

[4]謝偉 .Google Earth等免費數(shù)據(jù)源在鐵路勘測設(shè)計中的應(yīng)用[J].鐵道勘察，2009(2)

[5]葉豐明，韓正梅 .Google Earth在鐵路勘測設(shè)計中的應(yīng)用[J]鐵道勘察，2009(6):